[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 <2a7>\74E0  
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光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 JUlV$b.)J  
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任务说明 [yF4_UoF  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 UUx0#D/U0C  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 <o_H]c->  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： *p.P/w@1  
,OLN%2Sq  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 m(Cn'@i`"0  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： H5Rn.n(|  
(s,*soAN  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 1_7}B4  
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光栅结构参数 :_tsS)Q2m  
研究了一种矩形光栅结构。 AR?J[e  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 i8nC
TW  
根据上述参数选择以下光栅参数： N"b>]Ab] ;  
光栅周期：250 nm aT#R#7<Eg  
填充因子：0.5 PCs+` WP!M  
光栅高度：200 nm gJ>?<F;  
材料n_1：熔融石英（来自目录） iuq-M?1  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ;""V s6  
6tM CpSJ  
_.Y?BAQ  
D:llGdU#2  
偏振态分析 pd,5.d  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 I`2hxLwh+  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 r9G<HKl  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 z
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模拟光栅的偏振态
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`w]=xe  
.8l\;/o|  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： D2~e@J(K  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 vKDRjrF-  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 3t(nV4uDF  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 6.2_UN^<  
eM+]KG)}  
Passilly等人更深入的光栅案例。 d$kGYMT"  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 qp_k
ILo~  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 4)-LlYS_d<  
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#5N#^#r"  
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光栅结构参数 Wj/.rG&tE  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 }f<.07  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 a{QHv0goG  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 \q(RqD  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 6?Rm>+2>v  
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光栅#1——参数 +%=Ao6/#  
假设侧壁倾斜为线性。 j\("d4n%C  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 #]oVVf_  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 #q%xJ[  
光栅周期：250 nm ot]E\g+!  
光栅高度：660 nm S`BLwnU`#  
填充因子：0.75（底部） lq}=&)%C  
侧壁角度：±6° 3lqR(Hh3  
n_1：1.46 [7ZFxr\:!  
n_2：2.08 ny|ni\6  
YW}q@AY7  
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h)"PPI  
光栅#1——结果 3 ~0Z.!O  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 E5UI  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 o>WH;EBL  
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.dt7b4.kd  
光栅#2——参数 5vj;lJKcd`  
假设光栅为矩形。 CDQ}C=4  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ^I@1y}xi  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 +N:K V}K  
光栅周期：250 nm 4P(Y34j  
光栅高度：490 nm nPj%EKdY4  
填充因子：0.5 UM(tM9  
n_1：1.46 o;.PZi2k  
n_2：2.08 3,+)3,N  
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光栅#2——结果 :^tw!U%y1  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 ml<X92Y  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 8Eyi`~cAiH  
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